非水毛細(xì)管電泳溶劑系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化

1、非水毛細(xì)管電泳溶劑系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化作為毛細(xì)管電泳的分支非水毛細(xì)管電泳(nonaqueouscapillaryelectrophoresis,NACE)歷經(jīng)了飛速地發(fā)展,研究的范圍不斷地?cái)U(kuò)大,主要包括基礎(chǔ)研究和分析運(yùn)用兩個(gè)方面,在理論、研究方法、技術(shù)等方面都引起了人們的重視,在實(shí)際應(yīng)用方面,非水毛細(xì)管電泳法所做出的成績(jī)更加突出。由于非水毛細(xì)管電泳是一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域,至今一些非水溶液的物理化學(xué)性質(zhì)還沒(méi)搞清楚,加上有機(jī)試劑的種類太多,所以給試劑的選擇增加了一些難度1,因此對(duì)溶劑系統(tǒng)選擇的規(guī)律和優(yōu)化方法的研究是今后一段時(shí)間研究的重點(diǎn)。一、非水毛細(xì)管電泳中有機(jī)溶劑的使用條件非水毛細(xì)管電泳中選擇的有機(jī)溶

2、劑需要滿足以下條件:(1)能分離溶解所用的分析物和電解質(zhì)。(2)無(wú)毒性、無(wú)反應(yīng)活性和非易燃的。(3)價(jià)格廉價(jià),純?nèi)軇┑摹?4)在室溫時(shí)是液態(tài)。(5)粘度低、蒸汽壓低、相對(duì)介電常數(shù)高。介電常數(shù)是非水毛細(xì)管電泳的重要參數(shù),它描述溶劑中離子間的相互作用強(qiáng)度。要讓電解質(zhì)全部或部分分離,非水毛細(xì)管電泳中所用的溶劑的介電常數(shù)應(yīng)大于或等于30。只有有機(jī)溶劑的動(dòng)力學(xué)粘度低,才能確保分析物具有較高的遷移率,有一個(gè)較為合適的分離時(shí)間。(6)兼容檢測(cè)技術(shù)。有機(jī)溶劑一般在紫外區(qū)有強(qiáng)的吸收,這與水介質(zhì)不一樣。若用UV檢測(cè)的話,則要保證所用的有機(jī)溶劑在紫外區(qū)無(wú)吸收。介電常數(shù)小于10的有機(jī)溶劑的離解度小，在CE中的應(yīng)用就很

3、少，不過(guò)它們能夠增加疏水性溶質(zhì)在電解質(zhì)溶液中的溶解度,由于與介電常數(shù)高的溶劑的混合。（7）電滲流（EOF）是由于背景電解質(zhì)溶液與毛細(xì)管內(nèi)壁之間的電動(dòng)現(xiàn)象形成的。具有導(dǎo)電性是對(duì)背景電解質(zhì)的基本要求之一,而且能夠產(chǎn)生的電滲流足夠強(qiáng)。背景電解質(zhì)的組成能控制電滲流的大小和方向。酸及其銨鹽是非水毛細(xì)管電泳在有機(jī)溶劑中應(yīng)用最普遍的緩沖體系,其中最為普遍的是乙酸-乙酸銨的應(yīng)用。二、有機(jī)溶劑的選擇粘度、介電常數(shù)、揮發(fā)性、偶極矩和質(zhì)子離解等多種因素的綜合影響是非水毛細(xì)管電泳中有機(jī)溶劑選擇時(shí)需要考慮的。乙腈、甲醇、甲酰胺和N-甲基甲酰胺是非水毛細(xì)管電泳中最常用的有機(jī)介質(zhì)，二甲亞碉、二氧六環(huán)、碳酸丙烯、N,N-二甲

4、基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺等也被人使用過(guò)。（一）溶劑的揮發(fā)性。NAC即有機(jī)溶劑選擇的重要指標(biāo)之一是溶劑的揮發(fā)性。揮發(fā)性大時(shí),在使用甲醇等揮發(fā)性較強(qiáng)的溶劑時(shí),必須注意樣品池的分析時(shí)間和密封性,這是因?yàn)槿軇┑膿]發(fā)會(huì)導(dǎo)致溶液組成的改變,導(dǎo)致重現(xiàn)性降低。使用何種有機(jī)溶劑在實(shí)際分離時(shí)很大程度上決定了分離的成敗。有機(jī)溶劑的質(zhì)子常數(shù)與水相比可以在更大范圍內(nèi)調(diào)節(jié),因?yàn)樗ǔＧ闆r下比水大。在水中同系列溶質(zhì)之間物理化學(xué)性質(zhì)的微小差別在有機(jī)溶劑中能更明顯地表現(xiàn)出來(lái),能得到更好的分離,水中的所謂拉平效應(yīng)在大多數(shù)有機(jī)溶劑中非常弱甚至不存在。酸和堿的離解常數(shù)pKa值在甲醇中和在水中是有變化的。理化性質(zhì)接近的化合物在非

5、水溶劑中更有利于分離,因?yàn)樗鼈兊奈⑿〔顒e在非水溶劑中比在水中表現(xiàn)得更明顯。在溶劑的影響下,很多在水相溶劑中難以分離的化合物的pKa的差別在非水溶劑中被放大數(shù)倍,因此能比較容易分離。溶劑的自身離解影響溶質(zhì)在介質(zhì)中的溶解性,影響溶質(zhì)在溶劑中的化學(xué)平衡和離子對(duì)的形成。溶劑親疏質(zhì)子的性質(zhì)會(huì)影響氫鍵的形成和溶劑化效應(yīng),進(jìn)一步影響電滲流。通過(guò)改變電泳介質(zhì)的性質(zhì)可改變?nèi)苜|(zhì)的遷移順序和提高分離的選擇性,因?yàn)橛袡C(jī)溶劑中被分析物的pKa值與溶劑化性質(zhì)和溶劑的類型有關(guān)。（二）溶劑對(duì)分離效率的影響。選擇合適的有機(jī)溶劑可以提高分離效率。一個(gè)重要的參數(shù)就是相對(duì)介電常數(shù)£,這個(gè)參數(shù)能夠反映溶劑中離子間相互作用的強(qiáng)

6、度。正丙醇和乙醇的介電常數(shù)（10w£）30）離子配對(duì)還是占主要優(yōu)勢(shì)，但是部分離解。粘度隨溫度變化很大，粘度（刀）是指半流體和流體流動(dòng)的難易程度。毛細(xì)管電泳中需要有一個(gè)較低的粘度,分析物離子才會(huì)有較高的淌度,才會(huì)有一個(gè)較合適范圍的分離時(shí)間。較低的相對(duì)粘度、蒸汽壓和較高的相對(duì)介電常數(shù)對(duì)分析物的分離有利。Jansson等2證明在一定條件下分離系統(tǒng)的£2/刀值與單位時(shí)間的理論塔板數(shù)成正比。Valko3獲得了每米500000的理論塔板數(shù),他是以N-甲基甲酰胺為介質(zhì)分離丹酰氨基酸時(shí)獲得的。（三）溶劑對(duì)分離選擇性的影響。選擇合適的有機(jī)溶劑還可以改變分離的選擇性。要改變電滲流的大小和方向,

7、只要改變背景介質(zhì)的組成即可。在非水毛細(xì)管電泳中優(yōu)化分離效率的一個(gè)重要參數(shù)就是電滲流淌度。測(cè)定了幾種有機(jī)溶劑的電滲流是在沒(méi)有帶電離子存在的條件下采用未涂層硅膠毛細(xì)管進(jìn)行的。也有一些未用緩沖試劑的成功分離實(shí)例,有人就在微芯片裝置上配上電噴霧離子質(zhì)譜檢測(cè)完成,但這并不影響實(shí)際分析中合適的緩沖液對(duì)重現(xiàn)性和分離效率的重要性。毛細(xì)管壁的表面的吸附和硅羥基解離決定管壁二電位的大小。管壁雙電層電位的大小、毛細(xì)管內(nèi)壁的硅羥基的解離和管壁對(duì)溶液組分的吸附都直接取決于溶劑的性質(zhì)。由體系pH值決定的因管壁氫解離帶上不同電量Q同樣會(huì)影響電位工的大小，多數(shù)有機(jī)溶劑能降低雙電層厚度，比水有較小的介電常數(shù)。L電位隨Q呈指數(shù)變化，Q在非水介質(zhì)中是呈指數(shù)級(jí)降低的。加入有機(jī)相，在一定程度上會(huì)增大pKa值。在水中硅羥基的pKa值是5.3,加入高組分有機(jī)相之后,使pKa值增大最多的是二甲基亞砜,高達(dá)3個(gè)單位,導(dǎo)致酸度減到1/1000,大大地抑制了管壁氫的離解，這樣表面帶的電荷Q就很快減小，總體上的結(jié)果是降低了I電位。使pKa值增幅最小的是乙睛，乙睛也能使氫離解能力減到1/10以下。所以在非水介質(zhì)中管壁乙電位通常很小。三、結(jié)論NACE能夠解決分